İnsansız hava araçlarında görüntü işleme tabanlı iniş sistemi tasarımı ve gerçeklemesi

---

Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2019

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: ALİ VURGUN

Danışman: Aydın Yeşildirek

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Döner kanatlı İnsansız Hava Araçları (İHA); manevra ve operasyon kabiliyetlerinin yüksek olması, insan müdahalesinin mümkün olmadığı durumlarda kullanılabilir olması, içerisinde herhangi bir yaşamsal faaliyetin bulunmaması ve bakım idame masraflarının daha düşük olması gibi sebeplerden dolayı 21. yüz yıl itibari ile çok farklı uygulama alanlarında yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. İHA'ların görevlerini veya uçuş sürelerini tamamlamasından sonra, önceden belirlenmiş bir hedef konuma güvenli bir şekilde iniş yapabilmesi önemli ve kritik bir görevdir. Pilot dikkatsizliği, ölçüm hataları veya çevresel etkilerden kaynaklı nedenlerle İHA'ların inişini güvenli ve yüksek doğrulukta gerçekleştirilememesi; genellikle görevin başarısızlığıyla, maddi hasarlarla, çevre kirliliğiyle veya hayati tehlikelerle sonuçlanabilmektedir. Bu çalışmada, dikey iniş-kalkış yapabilen döner kanatlı İHA'lar için görüntü işleme tabanlı hedef tespiti yapılmış, bu hedefe hassas bir şekilde iniş yapabilmek için kontrol algoritmaları geliştirilmiş ve geliştirilen tüm algoritmalar bir quadcopter platformunda gerçeklenmiştir. İHA'nın iniş yapacağı hedef platform olan Helipad'in konumunu algılamak için herhangi bir özel sensör kullanılmamış olup, sadece İHA'da bulunan kameradan alınan görüntüler gerçek zamanlı işlenerek bu işlem istenilen doğrulukta sağlanmıştır. Bu sayede, düşük maliyetli MEMS tabanlı ataletsel sensörlerin pozisyon ve hız ölçüm doğruluklarından kaynaklı hatalı konum geri beslemesinin önüne geçilmiş ve İHA'nın Helipad'e çok daha hassas iniş yapması sağlanmıştır. Helipad'in görüntü işleme yöntemiyle bulunmasında Haar-Cascade nesne bulma yöntemi ve Harris köşe bulma algoritmaları baz alınarak bir rota planlaması yapılmıştır. Helipad üzerinde tanımlanan özellik noktaları lokal hareket sensörleriyle birleştirilerek İHA'nın Helipad'ten olan yüksekliği bulunmuş ve iniş için gerekli hassas pozisyon bilgileri elde edilmiştir. Bu algoritmaların gerçeklenmesi için açık kaynak kodlu PX4 otopilot yazılımı kullanılmış ve testleri 3DR Solo quadcopter üzerinde yapılmıştır. Geliştirilen tüm algoritmalar bir yer istasyonunda çalıştırılmış ve İHA'nın tüm kontrol komutları bu yer istasyonundan İHA'ya gönderilmiştir. İHA'nın yer istasyonundan kontrolünün daha rahat gerçekleştirilebilmesi ve uçuş esnasında uçuş verilerin anlık takip edilebilmesi için kullanıcı arayüzü tasarlanmıştır. Uçuş testleri dış ortamda gerçekleştirilmiş ve geliştirilen tüm algoritmaların doğrulaması yapılmıştır.